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2014年“TI”天津市大学生电子设计竞赛带啸叫检测与抑制的音频功率放大器（D题）【D10组】2014年8月15日1目录1系统方案........................................................................................................................................21.1拾音电路模块的论证与选择............................................................................................21.2啸叫检测与抑制的论证与选择........................................................................................21.3功率放大的论证与选择....................................................................................................32电路与程序设计............................................................................................................................32.1电路的设计.........................................................................................................................32.1.1系统总体框图..........................................................................................................32.1.2拾音部分电路原理图.............................................................................................42.1.3啸叫检测与抑制电路原理图.................................................................................42.1.4功率放大电路原理图..............................................................................................52.1.5电源..........................................................................................................................52.2程序的设计.........................................................................................................................62.2.1程序功能描述与设计思路......................................................................................52.2.2程序流程图..............................................................................................................54测试方案与测试结果....................................................................................................................6附录1：程序流程图........................................................................................................................72带啸叫检测与抑制的音频功率放大器（D题）【D10组】1系统方案本系统主要由拾音电路模块、啸叫与抑制模块、功率放大模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1.1拾音电路模块的论证与选择方案一：由MIC控制的DAC8802所组成的拾音电路方案二：有MIC控制的DAC7632所组成的拾音电路与7932相比，8802采用双通道串行接口应用外部参考输入电压VREF决定了全面的输出电流。一个内部反馈电阻器(RFB)为全面提供温度跟踪输出时结合外部I-to-V精密放大器。doubled-buffered,串行数据接口提供了高速、3-wire,SPI和单片机兼容使用串行数据输入(SDI),时钟(时钟),和一个chip-select(CS)。此外,内部加电复位力量在系统开机输出电压为零。参考带宽为10MHz，这些与7632相比均更适用于我们的选取意愿，故选用8802综合以上两种方案，选择方案一。1.2啸叫抑制模块的论证与选择方案一：频率均衡法由于传声器拾音和发声设备的频率曲线不是理想平坦的直线，特别是一些质量比较差的放音设备，由于厅堂声场的声学往往都有谐振作用，使频率响应起伏很大。可以用频率均衡器补偿扩声曲线，把系统的频率响应调成近似的直线，使各频段的频响基本一致进而提高系统的传声增益，这种方法也叫做宽带陷波法。方案二：调整距离法将传声器尽量靠近有源拾音，缩短声源与传声器发声设备与听众的距离，可以增强直达声，同时提升扩音的响度，养活系统的总增益，既避免啸叫又能提升扩音音量。若同时辅以指向性较宽的近场音箱，稍微离远点就更能避免啸叫。对于扬声器的直接反馈声场而言，传声器距扬声器越远，扬声器距听众越近越好，传声器应放在扬声器辐射方向的背面，如果传声器有可能被拿着四处走动，扬声器应放在传声器无法靠得很近的地方。方案三：反相抵消法反相抵消法是在高频放大电路防止自激比较常见的一种方法，可以在音频放大电路中采用两个同规格的传声器分别拾取直达声和反射声，通过反相电路使反射声信号在进入功放前相位相互抵消，以有效地防止啸叫自激。综合以上三种方案，选择方案一。31.3功率放大模块的论证与选择对于功率放大模块的实现，我们采用的是TI公司生产的AY-TPA3112D1芯片为主进行实现。TPA3112D1音频功率放大器。先进的电磁干扰抑制技术可以使用廉价的铁氧体磁珠过滤器的输出,同时满足电磁兼容的要求。SpeakerGuard™扬声器保护系统包括一个可调功率限幅器和直流检测电路。可调功率限幅器允许用户设置一个“虚拟”电压轨低于芯片供应限制电流通过扬声器。直流检测电路测量频率和振幅的PWM信号,关闭输出阶段如果输入电容器损坏或短裤上存在输入。TPA3112D1可以驱动一个单声道扬声器低至4Ω。TPA3112D1的效率高,90%,不需要外部散热器播放音乐的时候。输出完全防止短裤接地。所以我们选取AY-TPA3112D1作为实现功放的主要芯片。2电路与程序设计2.1电路的设计2.1.1系统总体框图系统总体框图如图1示，电源显示图1系统总体框图拾音电路麦克LC滤波功放喇叭啸叫检测啸叫抑制采集啸叫频率CPU实时采集输出频率42.1.2拾音部分子系统电路原理图拾音部分子系统电路图2拾音部分子系统电路在此部分模块中，我们采用了MIC控制LMVB42MA的芯片来控制整个拾音部分电路。整个拾音部分的组成通过DAC8802芯片通过总线SSI和与TIVA实现通信，由TIVA控制的CODE的值决定衰减和增益的大小，同时还可将外部信号或者程控衰减的信号作为输入信号。此外，利用公式放大倍数Af=-Rf/R其中Rf为反馈电阻R为输入电阻，计算放大倍数。2.1.3啸叫检测与抑制子系统电路原理图啸叫检测子系统电路图3带通滤波电路5带通滤波电路能通过所选择的频段，在频段之外的均被阻止通过。我们设计的带通滤波频段在200Hz-10KHz之间前面通过拾音部分产生的输入信号正是出于这一频段中。带通滤波电路的组成主要有串联谐振电路和并联谐振电路，串联谐振电路在谐振频率只有很小时信号衰减，并联谐振回路有最大阻塞作用，且符合通频带的中间频率。图3带阻滤波电路带阻滤波电路这种电路的性能和带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大衰减或抑制），而在其余频率范围，信号则能顺利通过。该电路由二阶带通滤波器和一个加法器组成，如图3所示。电路的传输函数为：其中：通带电压放大倍数：阻带中心角频率：阻带带宽：62.1.4功放系统电路原理图功放子系统电路图4功放子系统电路TPA3112D1采用差分信号输入，经调制后会产生两路驱动信号，他们与他们的反向信号一起控制电路动态，最后时限最大功率输出TPA3112D1正常工作参数，Vcc=8V-26V,高电平输入电压2V,低电平输出电压0.8V.,扬声器等效电阻3.2Ω。2.1.5电源电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。为整个系统提供5V或者12V电压，确保电路的正常稳定工作。这部分电路比较简单，都采用三端稳压管实现，故不作详述。2.2程序的设计2.2.1程序功能描述与设计思路1、程序功能描述根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置和显示。1）键盘实现功能：设置频率值、频段、电压值以及设置输出信号类型。2）显示部分：显示电压值、频段、步进值、信号类型、频率。2、程序设计思路2.2.2程序流程图见附录73测试方案与测试结果3.1测试方案1、音频功放的功率测试：输入的正弦信号频率f=600Hz;有效值Vin=20mV测试结果：最大输出功率V0=Pmax=最小输出功率：V0=Pmin=功率控制步进：△=音频功放的频率范围测试：设置额定功率1W，输入正弦信号，有效值Vin=20mV，负载阻抗8Ω测试结果：f=200Hz时功率P=f=20KHz时P=2、单电源供电：最大无失真功率是测试测试结果：输出有效值V0=3.功放系统效率：设置功率5W，负载阻抗8Ω测试结果：输入功率Pin=输出功率Po=效率η=4.频功率放大器正常工作测试结果：声音是否清晰5啸叫检测电路测试结果：啸叫主频率fxj=啸叫时输出功率Pxj=能否啸叫抑制测试结果：工作否6.啸叫抑制功能测试结果：能抑制啸叫的最大功率Pmax=此时麦克风与功放喇叭的距离Len=7.其他3.2测试条件与仪器Ω测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必η须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。测试仪器：高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。3.3测试分析与结论根据上述测试数据，各个模块运行情况良好，相信测得的数值与现象精确，由此可以得出以下结论：1、实现了啸叫检测与抑制2、实8III1